反滲透膜處理磷肥廢水的實(shí)驗(yàn)研究

隋巖峰，劉松林，楊帆

(1.中低品位磷礦及其共伴生資源高效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽(yáng) 550002； 2.甕福技術(shù)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550014)

磷肥廢水主要由選礦和制酸過(guò)程中產(chǎn)生，目前主要采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行處理。這種處理方法，使得廢水中的藥劑、磷資源和水資源不能得到回收利用，致使磷肥廠的污水負(fù)荷不斷加大。

反滲透是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作過(guò)程[1-3]，在膜兩側(cè)生成滲透液和濃縮液[4-5]。反滲透膜可以有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等[6-7]，同時(shí)具有出水質(zhì)好、耗能低和操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)[8-10]。

本實(shí)驗(yàn)用反滲透膜裝置處理脫鈣、脫銨和除濁處理后的磷肥廢水、對(duì)廢水進(jìn)行濃、淡分離，濃水回用到磷礦的浮選工藝，可降低浮選過(guò)程中的藥劑消耗，實(shí)現(xiàn)選礦廢水中藥劑的回收利用；淡水回用到磷礦的磨礦工藝或作為高級(jí)用水使用，實(shí)現(xiàn)了磷肥廢水的高效循環(huán)使用?？疾觳煌に嚄l件對(duì)脫鹽率和不同離子的脫除情況。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

氫氧化鈉、鉬酸銨、檸檬酸、檸檬酸三鈉、鉻酸鉀、酒石酸銻鉀均為分析純；磷肥廢水，預(yù)處理后其主要成分見表1。

SHB-Ⅲ循環(huán)水式真空泵；ET99722 COD快速測(cè)定儀；217型飽和甘汞電極；SG3電導(dǎo)率儀；TD20002B分析天平；pHS-3C酸度計(jì)等。

表1 預(yù)處理后磷肥廢水的主要雜質(zhì)及含量Table 1 Main impurities and contents of phosphate fertilizer wastewater after pretreatment

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.3 分析方法

1.3.1 氟離子含量分析 電極電位法。

1.3.2 硫酸根含量的測(cè)定 重量法。

1.3.3 磷酸根含量的測(cè)定 磷鉬酸喹啉滴定分析法。

2 結(jié)果與討論

2.1 進(jìn)水壓力對(duì)脫鹽率影響

反滲透膜裝置的濃淡比例為1∶1，研究進(jìn)水壓力對(duì)反滲透處理磷肥廢水的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 操作壓力與脫鹽率的關(guān)系Fig.1 The relationship between operatingpressure and desalination rate

由圖1可知，反滲透系統(tǒng)的脫鹽率在94%以上，并且隨著進(jìn)水壓力升高，產(chǎn)水的電解質(zhì)去除率先升高然后趨于平穩(wěn)。這是由于在0.3～0.6 MPa壓力較低的范圍內(nèi)，濃差極化現(xiàn)象不明顯，隨著壓力的增加，透過(guò)膜的水量增大，而透過(guò)鹽量基本不變，產(chǎn)水的電導(dǎo)率下降，故脫鹽率上升十分明顯；當(dāng)進(jìn)水壓力大于0.6 MPa后，膜通量上升的趨勢(shì)開始變緩，因?yàn)檫M(jìn)水壓力超過(guò)一定值時(shí)，逐漸加大了濃差極化，會(huì)導(dǎo)致鹽透過(guò)量增加，產(chǎn)水電導(dǎo)率上升，有降低脫鹽率的趨勢(shì)。這兩方面因素共同作用，使脫鹽率增加逐漸變緩，最終趨于96.5%，此時(shí)產(chǎn)水電導(dǎo)在98 μS/cm左右。

操作壓力太小，膜產(chǎn)水量低，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能低，產(chǎn)水電導(dǎo)率也較大；操作壓力增大，膜產(chǎn)水量也隨之增大，但是隨著操作壓力的增大，能耗會(huì)增加，膜兩側(cè)的濃差極化也會(huì)隨之增加，同時(shí)會(huì)增大了膜污染速度即增加了膜清洗頻率。由圖知當(dāng)操作壓力達(dá)到0.6 MPa時(shí)，脫鹽率已基本不再上升。所以，綜合考慮，實(shí)驗(yàn)較優(yōu)的壓力條件在0.6 MPa左右。

2.2 進(jìn)水壓力對(duì)離子去除率影響

反滲透膜裝置的濃淡比例為1∶1，研究進(jìn)水壓力對(duì)磷肥廢水中主要離子脫除率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 操作壓力與主要離子去除率的關(guān)系Fig.2 Relationship between operation pressureand main ion removal rate

2.3 濃淡比例對(duì)脫鹽率的影響

反滲透膜裝置的進(jìn)水壓力為0.6 MPa，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的濃淡比例閥門，研究產(chǎn)水濃淡比例對(duì)反滲透處理磷肥廢水的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 濃淡比例與脫鹽率的關(guān)系Fig.3 Relationship between desalinationratio and desalination rate

由圖3可知，隨著淡水與濃水比例的增大，脫鹽率降低。其原因是由于淡水與濃水的比例越大，反滲透膜兩側(cè)的濃度梯度越大，濃差極化越嚴(yán)重，在淡水與濃水的比例較低時(shí)，僅表現(xiàn)為膜通量的降低，產(chǎn)水減少，電解質(zhì)透過(guò)總量變化不大，電解質(zhì)濃度上升；當(dāng)產(chǎn)水與濃液的比例超過(guò)1∶1時(shí)，不僅膜通量繼續(xù)降低，產(chǎn)水繼續(xù)減少，可溶性鹽離子也更易透過(guò)反滲透膜進(jìn)入產(chǎn)水，電解質(zhì)透過(guò)量上升，導(dǎo)致使脫鹽率急劇下降。產(chǎn)水與濃液比例太低時(shí)，水利用率低，循環(huán)水量過(guò)高，不具備經(jīng)濟(jì)和實(shí)際意義；淡水和濃水比例過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)水量偏小以及產(chǎn)水指標(biāo)下降，同樣不適用實(shí)際應(yīng)用，因此，綜合考慮，實(shí)驗(yàn)較優(yōu)淡水和濃水比例為1∶1。

2.4 濃淡比例對(duì)主要離子的去除影響

反滲透膜裝置的進(jìn)水壓力為0.6 MPa，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的濃淡比例閥門，研究濃淡比例對(duì)反滲透裝置脫除磷肥廢水中主要離子的的影響，結(jié)果見圖4。

圖4 產(chǎn)水濃液比例與主要離子去除率的關(guān)系Fig.4 Relationship between the ratio of water toconcentrate and the removal rate of main ions

2.5 選礦藥劑和磷的回收情況

用反滲透膜裝置處理磷肥廢水，水中選礦藥劑和磷的回收率是以濃水中選礦藥劑或磷的總質(zhì)量比上進(jìn)水中選礦藥劑或磷的總質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，回收率計(jì)算公式如下：

(1)

反滲透膜裝置的進(jìn)水壓力為0.6 MPa，濃淡比例為1∶1，考察反滲透膜裝置對(duì)磷肥廢水中選礦藥劑和磷的回收情況，結(jié)果見圖5。

圖5 不同組目鈣離子的脫除率Fig.5 Optimum reaction condition experiment

由圖5可知，經(jīng)反滲透膜裝置處理后，水中選礦藥劑的回收率在90%以上，水中磷的回收率在93%以上。

3 結(jié)論

(1)反滲透膜裝置的出水水量隨進(jìn)水壓力升高而增大，脫鹽率隨進(jìn)水壓力的升高而降低。

(2)反滲透膜裝置能有效的脫除磷肥廢水中的鹽離子，濃淡比例越高，越有利于磷肥廢水中鹽離子的脫除。

(4)在進(jìn)水壓力0.6 MPa，淡水和濃水比例為1∶1的條件下，經(jīng)反滲透膜裝置處理后，磷肥廢水中選礦藥劑的回收率在90%以上，磷的回收率在93%以上。